3. Metode
3.3 Intervju
Segundo Guerra (2003) o ciclo hidrológico (Figura 2.13) é o ponto de partida do processo erosivo. Durante um evento chuvoso parte da água cai diretamente no solo, ou porque não existe vegetação, ou porque, a água passa pelos espaços existentes na cobertura vegetal. Parte da água da chuva é interceptada pela copa das árvores, sendo que parte dessa água interceptada volta à atmosfera, por evaporação, e outra parte chega ao solo, ou por gotejamento das folhas, ou escoando pelo tronco. A ação das gotas de chuva diretamente ou por meio do gotejamento das folhas causa a erosão por salpicamento (splash). A água que
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chega ao solo pode ser filtrada ou armazenada em pequenas depressões, aumentando a umidade do solo e abastecendo o lençol freático. Quando o solo não consegue mais absorver água o excesso começa a se mover em superfície ou subsuperfície, podendo provocar erosão, através do escoamento.
Para se compreender melhor a erosão, dividiu-se os principais processos controladores deste fenômeno, levando-se em consideração as características relativas à infiltração, armazenamento e geração de runoff; como se dá o escoamento superficial e subsuperficial, bem como os processos de piping e splash.
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Infiltração, Armazenamento e Geração de Runoff
Segundo Morgan (1986) a taxa de infiltração é o índice que mede a velocidade com que a água da chuva infiltra no solo.
Segundo Guerra & Cunha (1996) essa água infiltra no solo por força da gravidade e capilaridade e cada partícula do solo é envolvida por uma fina película de água. Durante um evento chuvoso, os espaços entre as partículas são preenchidos por água e as forças capilares decrescem. Conseqüentemente, as taxas de infiltração são mais rápidas no começo da chuva e diminuem até atingir o máximo que o solo pode absorver. Essa taxa máxima é a capacidade de infiltração, que corresponde à condutividade hidráulica saturada do solo. Acredita-se que é a condutividade hidráulica real da zona molhada que controla a capacidade de infiltração, que é geralmente um pouco mais baixa do que a condutividade hidráulica saturada, pois existe sempre um pouco de ar nos poros dos solos (GUERRA, 2003).
Segundo Guerra (2003) as taxas de infiltração podem variar num mesmo local em função de diferenças de estrutura ao longo do perfil, diferenças em graus de compactação e teor de umidade antecedente.
O armazenamento da água da chuva que chega ao solo pode ser influenciado pelas propriedades do solo, características das chuvas, tipo de cobertura vegetal, uso e manejo do solo, características das encostas e microtopografia do terreno (GUERRA, 2005).
Segundo Carvalho et al. (2006) o runoff (escoamento superficial) está diretamente relacionado com as condições de infiltração da água do solo. De acordo com Guerra (2003) se a intensidade da chuva for menor do que a capacidade de infiltração do solo não haverá runoff. Porém, se a intensidade da chuva exceder a capacidade de infiltração, ocorrerá runoff.
Guerra (2003) relata que a comparação entre intensidade da chuva e capacidade de infiltração nem sempre se aplica. Em certos casos, o fator controlador da produção do runoff é o teor limitante de umidade dos solos, que resulta no encharcamento dos mesmos. De acordo com Guerra (2005) à medida que a umidade aumenta vai dificultando a ação da infiltração, resultando na saturação e conseqüentemente, na formação de poças.
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Segundo Guerra (2005) as formações de poças ocupam as irregularidades existentes na superfície e se interligam uma vez que essas irregularidades estejam preenchidas por água. Nesse momento inicia-se o runoff, que a principio é difuso, podendo tornar-se concentrado à medida que o processo tenha continuidade espacial e temporal.
Escoamento superficial
Segundo Guerra (2003) o escoamento superficial ocorre durante um evento chuvoso, quando a capacidade de armazenamento de água no solo é saturada, podendo ocorrer quando a capacidade de infiltração for excedida. O fluxo que escoa sobre o solo se apresenta quase sempre como uma massa de água com pequenos cursos anastomosados e raramente na forma de um lençol de água de profundidade uniforme. Esse fluxo de água tem que transpor vários obstáculos, que podem ser fragmentos rochosos e cobertura vegetal, os quais fazem diminuir sua energia. O aumento da energia ocorre quando há interação entre o fluxo de água e as gotas de chuva que caem sobre esse fluxo.
De acordo com Morgan (1986) os trabalhos sobre transporte de partículas do solo em fluxos não canalizados e rasos têm indicado que apenas uma parte dos sedimentos é transportada em suspensão, e que os mais grosseiros e os agregados são transportados como carga de fundo. A quantidade de perda de solo resultante do escoamento superficial depende da velocidade e turbulência do fluxo.
Segundo Horton (1945) durante o pico de um evento chuvoso o escoamento superficial recobre dois terços ou mais das encostas de uma bacia de drenagem. Para o referido autor, o fluxo resulta da intensidade ser maior do que a capacidade de infiltração do solo e é distribuído da seguinte maneira na encosta: o topo da encosta é uma zona sem fluxo que forma uma área sem erosão; a uma distância crítica do topo, ocorre o acúmulo suficiente de água, onde o fluxo começa; um pouco mais abaixo, na encosta, a profundidade do fluxo aumenta, e ele se torna canalizado formando ravinas.
Horton (1945) diz que a evolução das ravinas baseia-se no fato de que quando a precipitação excede a capacidade de infiltração do solo inicia-se o escoamento superficial. A água acumula-se em depressões na superfície do solo e começa a descer a encosta através de
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um lençol que pode evoluir para uma ravina. Nesse processo o fluxo passa a ser linear, evolui para microravinas, e depois para microravinas com cabeceira. Ao mesmo tempo em que essa evolução vai se estabelecendo na superfície do terreno, pode ocorrer o desenvolvimento de bifurcações, através dos pontos de ruptura das ravinas.
Escoamento subsuperficial
O escoamento subsuperficial, além de controlar o intemperismo, afeta diretamente a erodibilidade dos solos através de suas propriedades hidráulicas, influenciando o transporte de minerais em solução. A ocorrência do escoamento subsuperficial quando em fluxos concentrados em túneis ou dutos possui efeitos erosivos, que podem provocar o colapso da superfície resultando na formação de voçorocas (Figura. 2.14) (GUERRA, 2003).
Segundo Oliveira (2005) ravinas e voçorocas podem ser consideradas como incisões que resultam da tendência de sistemas naturais a atingir um estado de equilíbrio entre energia disponível e eficiência do sistema em dissipar energia. Quando um sistema natural (encosta, bacia hidrográfica, etc.) não é eficiente para dissipar a energia disponível, o sistema se adapta de forma a atingir um novo estado de equilíbrio. No caso dos solos, tanto a mudança na quantidade de energia disponível (intensidade e freqüência de precipitações, teor de umidade dos solos, etc.) quanto à alteração das características do sistema (uso do solo, cobertura vegetal, grau de estruturação, etc.) podem levar a uma situação de desequilíbrio entre a energia disponível e capacidade de dissipação de energia.
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Figura 2.14 – Voçoroca provocada pelo escoamento subsuperficial no município de Ipatinga.
Piping
Segundo Guerra (2003) os dutos (piping) ou túneis são grandes canais abertos em subsuperfície, com diâmetros que variam de poucos centímetros até vários metros. O processo de formação desses dutos está relacionado ao próprio intemperismo, sob condições especiais geoquímicas e hidráulicas, havendo a dissolução e carreamento de minerais em subsuperfícies.
De acordo com Bertoni & Lombardo Neto (1990) o piping ocorre quando a água da superfície se movimenta dentro do solo até encontrar uma camada menos permeável, arrastando as partículas finas nas camadas mais porosas.
Splash
A erosão por splash, também conhecida no Brasil como erosão por salpicamento, ocorre basicamente como um resultado das forças causadas pelo impacto das gotas de chuva. Uma gota de chuva quando bate em um solo molhado remove partículas que estão envolvidas por uma película de água. A gota descreve uma curva parabólica que se move lateralmente mais ou menos quatro vezes a altura do deslocamento. O splash ocorre tanto para baixo como
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para cima de uma encosta, mas quase sempre as partículas são transportadas para baixo três vezes mais distante do que para cima. Além das partículas serem transportadas pelo impacto causado pelas gotas de chuva, algumas são deslocadas pelo choque proporcionado por sedimentos que se batem uns contra os outros (GUERRA, 2003).
Segundo Guerra (2005) a erosão por splash é o estágio inicial do processo erosivo, pois prepara as partículas que compõe o solo, para serem transportadas pelo escoamento superficial.
2.3.1.2 – Fatores controladores da erosão
Segundo Guerra (2003) os fatores controladores da erosão são aqueles que determinam as variações nas taxas de erosão (erosividade da chuva, propriedades do solo, cobertura vegetal e características das encostas). É por causa da interação desses fatores que certas áreas erodem mais do que outras. A intervenção do homem pode alterar esses fatores e conseqüentemente, apressar ou retardar os processos erosivos.
Erosividade da chuva
Segundo Infanti Jr. & Fornasari Filho (1998) erosividade é o índice que expressa a capacidade da chuva provocar erosão.
Embora a definição seja simples, segundo Guerra (2003) a determinação do potencial erosivo da chuva é assunto muito complexo, porque depende em especial, dos parâmetros de erosividade e também das características das gotas de chuva, que variam no tempo e no espaço.
Segundo Moreira & Pires Neto (1998) a mecânica da erosão pelas chuvas deve-se à combinação do tamanho e da velocidade das gotas de chuva com a duração das precipitações e a velocidade do vento. Quando as gotas de chuva atingem o solo, deslocam grãos e agregados, que podem então ser carreados pelo escoamento superficial ou pelo vento. A velocidade terminal das gotas de chuva é função do seu tamanho: quanto maiores, maior a velocidade.
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O momentum ou quantidade de movimento de uma gota, que é o produto entre sua massa e sua velocidade, é relacionado com a desagregação de partículas do solo e considerado como uma boa medida para a erosividade da chuva, uma vez que é uma medida de força por unidade de área (MOREIRA & PIRES NETO, 1998).
Conforme Moreira & Pires Neto (1998) a energia cinética, que é a energia do número total de gotas em chuvas de determinada intensidade, é freqüentemente considerada como o parâmetro mais importante para determinação da erosividade.
Segundo Guerra (2003) os parâmetros abordados têm sido utilizados com maior ou menor freqüência para predizer perda de solo, mas na realidade, devem ser considerados juntamente com outras variáveis que também afetam o processo erosivo.
A avaliação do histórico de chuvas apresenta-se como papel importante na avaliação dos movimentos gravitacionais de massa. Segundo Elbachá et al. (1992) estes movimentos tendem a ocorrer quando o ciclo de chuva apresenta altos valores acumulados. No estudo obteve-se que para a cidade de Salvador, BA, a influência nos escorregamentos é de quatro dias acumulados de precipitação.
Propriedades do solo
As propriedades do solo, juntamente com outros fatores são de grande importância para determinar a maior ou menor susceptibilidade à erosão (GUERRA, 2003).
Segundo Bertoni & Lombardi Neto (1985) entre as principais propriedades que conferem a maior ou menor resistência à ação erosiva das águas destacam-se: a textura, a estrutura e a permeabilidade.
De acordo com Infanti Jr. & Fornasari Filho (1998) a textura, ou seja, o tamanho das partículas influi na capacidade de infiltração e absorção de água chuva, interferindo no potencial de enxurradas no solo e também na maior ou menor coesão entre as partículas. Assim, solos de textura arenosa são normalmente porosos, permitindo rápida infiltração das chuvas e dificultando o escoamento superficial; entretanto, como possuem baixa proporção de
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partículas argilosas, apresentam maior facilidade para a erosão, que se verifica mesmo em pequenas enxurradas.
Segundo Infanti Jr. & Fornasari Filho (1998) a estrutura, ou seja, o modo como se arranjam as partículas do solo, influi na capacidade de infiltração e absorção da água da chuva e na capacidade de arraste de partículas do solo. A permeabilidade determina a maior ou menor capacidade de infiltração das águas de chuva, estando diretamente relacionada com a porosidade do solo. Em geral, os solos arenosos são mais permeáveis que os solos argilosos, por serem mais porosos. Entretanto, segundo Salomão & Iwasa (1972) em alguns casos, dependendo da estruturação do solo, solos argilosos podem se apresentar mais porosos e até mais permeáveis que solos arenosos.
Cobertura vegetal
Segundo Guerra (2003) os fatores relacionados à cobertura vegetal podem influenciar os processos erosivos de várias maneiras. Dentes elas: os efeitos espaciais da cobertura vegetal, os efeitos na energia cinética da chuva, e o papel da vegetação na formação de húmus, que afeta a estabilidade e teor de agregados.
A densidade da cobertura vegetal é fator importante na remoção de sedimentos, no escoamento superficial e na perda de solo. O tipo e percentagem de cobertura vegetal podem reduzir os efeitos dos fatores erosivos naturais. A cobertura vegetal pode também reduzir a quantidade de energia que chega ao solo durante uma chuva e dessa forma, minimiza os impactos das gotas, diminuindo a formação de crostas no solo, reduzindo a erosão. A cobertura vegetal em uma floresta pode atuar de duas maneiras: primeiro reduzindo o volume de água que chega ao solo, através da interceptação, e, segundo, alterando a distribuição do tamanho das gotas, afetando, com isso, a energia cinética da chuva (GUERRA, 2003).
A cobertura vegetal, além de influenciar na interceptação das águas da chuva, atua também de forma direta na produção de matéria orgânica, que por sua vez, atua na agregação das partículas constituintes do solo. Além disso, as raízes podem ramificar-se no solo e, assim, ajudar na formação de agregados. Essas raízes atuam mecanicamente e ao se decompor fornecem húmus, aumentando a estabilidade dos agregados do solo. Dessa forma, a
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estabilidade pode reduzir as taxas erosivas, uma vez que as partículas do solo são mantidas juntas e conseqüentemente, com maior resistência ao cisalhamento (GUERRA, 2003).
Características das encostas
Segundo Guerra (2003) os fatores relativos às encostas podem afetar a erodibilidade dos solos de diferentes maneiras: por meio da declividade, do comprimento e da forma da encosta.
A perda total de solo representa uma combinação da erosão por ravinamento causada pelo runoff (escoamento), juntamente com a erosão entre ravinas (interrill), causada pelo impacto das gotas de chuva. Esses processos são influenciados pela declividade das encostas devido ao efeito na velocidade do runoff (HADLEY et al., 1985).
Segundo Morgan (1986) em encostas muito íngremes a erosão pode diminuir devido ao decréscimo de material disponível. Luk (1979) concluiu após estudos realizados em solos na região de Alberta (Canadá), que os solos com maior erodibilidade eram aqueles situados em encostas com 30° de declividade. Assim, segundo Guerra (2003) a declividade das encostas não deveria ser analisada separadamente, mas sim em conjunto com as características da superfície do solo que, igualmente, afetam a remoção do solo e a quantidade de runoff.
Para Bertoni & Lombardi Neto (1985) o comprimento da rampa é um dos mais importantes fatores na erosão do solo, pois com o aumento do comprimento da rampa, ocorre um aumento no volume de escoamento superficial, produzindo um aumento na intensidade de erosão, principalmente sob a forma de sulcos.
A forma das encostas é outro fator que tem papel importante na erodibilidade dos solos. Hadley et al. (1985) destaca que a forma das encostas pode ser mais importante do que a declividade, na erosão dos solos.
Segundo Rodrigues (1982) o desenvolvimento de erosão por voçoroca ocorre principalmente em encostas convexas coletoras e secundariamente, em encostas convexas dispersoras, portanto, são menos propensas à erosão por voçoroca as encostas côncavas
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(dispersoras e coletoras). A classificação das formas de encostas de Troeh (1965) foi utilizada por Rodrigues (1982) conforme a figura 2.15.
Figura 2.15 – Classificação das formas de encostas adaptada de Troeh (1965).
2.4–MOVIMENTOS GRAVITACIONAIS DE MASSA
Os primeiros estudos sobre movimentos de massa, segundo Augusto Filho & Virgili (1998) remontam a mais de 2000 anos em países como China e Japão. A análise e o controle de instabilizações de taludes e encostas têm seu amplo desenvolvimento com as grandes obras civis modernas, em paralelo à consolidação da Engenharia e da Geologia de Engenharia.
Segundo Amaral (2007) as classificações de movimentos gravitacionais de massa são baseadas em alguns fatores:
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• Atributos Geomórficos: landforms, declividade;
• Geometria dos deslizamentos: profundidade, longitude, altura;
• Tipo de movimento: queda, escoamento, escorregamento, tombamento, etc.
• Clima: tropical, periglacial, etc.
• Umidade: seco, molhado, saturado
• Velocidade do movimento: muito lento, lento, moderado, rápido, muito rápido.
• Tipo de deflagrador: terremotos, chuvas, fluviais.
De acordo com Infanti Jr. & Fornasari Filho (1998) as paisagens compreendem vertentes ou encostas com declividades e formas muito variadas. As mudanças de forma dessas encostas estão relacionadas aos processos dominantes de intemperismo, erosão e escorregamentos.
Hutchinson (1988) relata que a diversidade de fatores que interferem no processo de movimentos gravitacionais de massa resulta numa variedade de tipos e processos que impossibilitam uma total discretização de tipos na classificação, assim, ele propôs uma classificação quanto estes movimentos (Quadro 2.2). Tem-se no Quadro 2.2 a inserção de outras metodologias segundo Oliveira (2004).
Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
Elevações (rebounds): 1. Escavações feitas pelo
homem;
2. Erosão natural de vales.
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Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
Subsidências (FREIRE, 1965 apud WOLLE, 1980): 1. Subsidência propriamente dita; 2. Recalques; 2. Desabamentos.
1. Abatimento simples, de uma das vertentes de uma montanha, associado com os estágios iniciais de um escorregamento: (a) Rotacional (essencialmente circular), R-depressão; (b) Composto (marcadamente não circular), C- depressão: - lístricas (CL);
Rastejos (creep): - bi-planar (CB).
2. Abatimento duplo, de duas vertentes de uma montanha, associado com os estágios iniciais de um duplo escorregamento, causa um alargamento do topo da montanha: (a) Rotacional (essencialmente circular), DR-depressão; (b) Composto (marcadamente não circular): - lístricas (DCL); - bi-planar (DCB).
3. Abatimento associado com múltiplos tombamentos,
T-depressão.
Escorregamentos
(slumping) e Deslizamentos (sliding):
1. Rupturas confinadas: (a) Em encostas
naturais;
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Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
(b) em taludes artificiais.
2. Escorregamentos rotacionais: (a) Escorregamentos
rotacionais simples; (b) Escorregamentos rotacionais sucessivos; (c) Escorregamentos rotacionais múltiplos. 3. Escorregamentos compostos (marcadamente não circulares com superfície de ruptura lístrica ou biplanar): (a) Escorregamentos deflagrados por cisalhamento interno contra a parte posterior: - Quando a massa escorregada é moderadamente a pouco frágil; - Quando a massa escorregada é muito frágil; (b) Escorregamentos progressivos compostos, envolvendo um escorregamento rotacional na parte posterior e escorregamento translacional frontal. 4. Escorregamentos translacionais ou deslizamentos (sliding): (a) Escorregamentos laminares; (b) Escorregamentos em placas; (c) Escorregamentos em turfa; Continua...
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Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
(d) Escorregamentos em rochas: - escorregamentos planares; - escorregamentos de blocos; - escorregamentos em degraus; - escorregamentos em cunhas. (e) Escorregamentos de detritos: - escorregamentos de detritos; avalanches de detritos (não- periglaciais); -escorregamentos de camadas ativas (periglaciais); - rupturas repentinas com espraiamento. Movimentos de detritos na forma de escoamentos:
1. Escoamentos de lama (não- periglaciais): (a) Lâminas superficiais; (b) Lóbulos (lobulares ou alongados). 2. Escoamentos de lama periglaciais (liquefação de argilas): (a) Lâminas superficiais; (b) Lóbulos (lobulares ou alongados, ativos e reliquiares). 3. Escoamentos após escorregamentos:
(a) em materiais soltos sem coesão;
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Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
(b) em siltes fracamente cimentados e bastante porosos; (c) em rochas frágeis bastante porosas. 4. Corridas de detritos, escoamentos de detritos saturados em grande a extrema velocidade: (a) envolvendo detritos de rochas intemperizadas (exceto em vulcões): - corridas de detritos em encostas; - corridas de detritos canalizadas; - corridas de lama; corridas de lama e fragmentos de rocha. (b) envolvendo turfa; escoamento em pântanos; ruptura em pântanos. (c) associados a vulcões; lahars: - lahars quentes; - lahars frios. 5. Sturzstroms, escoamentos
extremamente rápidos de detritos secos, avalanches de fragmentos de rocha.
Tombamentos: 1. Tombamentos limitados por
descontinuidades pré-existentes: (a) Tombamentos simples; (b) Tombamentos múltiplos. Continua...
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Classificação de movimentos sub-aéreos em encostas (OLIVEIRA, 2004 – adaptado de HUTCHINSON, 1988)
2. Tombamentos causados por rupturas de tração na parte posterior da massa.
Quedas (Rockfall):
1. Primárias - destacamentos recentes de material; quedas de solo e fragmentos de rocha.
Rolamentos (Rolling)
Movimentos complexos em encostas:
1. Curvatura de encostas e levantamento do fundo de vales; 2. Movimentos de encosta constituída de blocos;
3. Argilas abandonadas em penhascos;
4. Movimentos de massa colapsando em corridas de lama ou escoamentos no sopé de encostas: (a) Escorregamentos e corridas de terra; (b) Escorregamentos rotacionais múltiplos de argilas sensíveis; (c) Escorregamento por degelo. 5. Escorregamentos causados por erosão devido à exfiltração;
6. Escorregamentos em múltiplas camadas;
7. Escorregamentos em múltiplos níveis.
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O Quadro 2.3 apresenta os mecanismos de ruptura nos deslizamentos, de acordo com